Предлагается проект нового поколения по исследованию с предельной точностью анизотропии Реликтового Фона Вселенной с использованием крупнейшего в Мире рефлекторного радиотелескопа РОССИИ РАТАН-600 в свободной от пыли части “окна прозрачности” Галактики с высоким угловым разрешением, недоступным обсуждаемым проектам следующего века за рубежем.

Обнаружение в 1996-1997 гг предсказанных А.Д. Сахаровым вариаций яркости неба на суб-градусных масштабах, которые несут в себе информацию о явлениях в период Большого Взрыва и непосредственно за ним, позволяет впервые в истории Естествознания поставить задачу количественного исследования причин, приведших к созданию всего наблюдаемого Мира. 

Головная организация- основной центр наземных исследований ближнего и дальнего Космоса, “Специальная Астрофизическая Обсерватория Российской Академии Наук”,

САО РАН, 357147 Карачаево-Черкесская Республика России, Нижний Архыз

Директор САО РАН: Член-корреспондент РАН Балега Юрий Юриевич, Тел: (878)7846527, ФАКС: (096)9082931, Е-Mail: balega@sao.ru

Руководитель проекта: Академик РАН Парийский Юрий Николаевич, Ответсвенный Ученный по Объекту РАТАН-600; E-Mail:par@sao.ru

Соисполнители- 15 организаций РАН, МИНВУЗа, промышленности.

Эксперимент позволит:

1.Выбрать не противоречащий наблюдениям вариант физической теории, действующей в экстремальных условиях “Большого Взрыва”

2.Выбрать вариант Космологии, адекватной данным по анизотропии 3К Реликтового фона

3.Определить с беспрецедентной точностью (около 1%) основные параметры Вселенной и свойства невидимого, “Темного Вещества” заполняющего всю Вселенную, с плотностью, выше плотности обычной барионной материи

Практически все ведущие теоретические и экспериментальнын центры Мира включились в решение проблем, связанных с расшифровкой информации, закодированной в фоновом радиоизлучении, оставшемся после эпохи “Большого Взрыва”, и аналогия с биологическим генетическим кодом оказывается почти буквальной.

РАТАН-600- единственный в Мире наземный рефлекторный радиотелескоп, позволяющий исключить влияние вариаций собственного излучения атмосферы Земли на точность измерений при исследовании вариаций яркости реликтового фона на всех угловых масштабах, участвующих в формировании “генетического фона” Вселенной. Точность оказывается ограниченной только чувствительностью радиометрического комплекса. Внедрение новой технологии сверхмалошумящих матричных радиометров на основе InP HEMT технологии решает эту проблему. Большое свободное от аберраций поле зрения РАТАН-600 позволяет установить в его фокальной плоскости 300-1800 радиометров, что на 2 порядка больше, чем в обычных параболических зеркалах, которые планируют использовать в начале следующего века для исследования анизотропии 3К фона. Это резко упрощает и удешевляет задачу реализации предельной чувствительности, необходимой в этом эксперименте и сокращает время накопления сигнала до разумных значений (1 год).

В Таблице 1 даны технические возможности РАТАН-600 по сравнению с возможностями самых престижных проектов следующего века, (проект Европейского Космического Агенства. , PLANCK /FIRST стоимость 80 млн долларов США , пуск в 2004г)

В таблице 2 мы даем сравнительную таблицу погрешностей  определения фундаментальных параметров Вселенной, в которой мы живем.
 

Внедрение новой технологии матричных радиометров резко повысит потенциал РАТАН-600 во многих областях наблюдательной радиоастрономии. Так, возникает качественно новая возможность исследования дискретных образований в Ранней Вселенной на суб-миллиянском уровне в самом коротковолновом диапазоне окна прозрачности атмосферы.

Детальный анализ возможностей РАТАН-600 в режиме использования современных матричных радиометров типа планируемых за рубежем, показывает следующее.  

1. Все классические радиогалактики типа Лебедь-А(FRII RG) оказываются доступными наблюдениям на любых красных смещения вплоть до эпохи рекомбинации водорода во Вселенной , красное смещение 1000
2. Все объекты современных каталогов всего радио неба типа GB, PMN, включающие 100 000, объектов будут регитрироваться в этом эксперименте.
3. Все объекты с плоскими спектрами из составлящихся сейчас прельно- глубоких обзоров всего неба будут также уверенно регистрироваться (не менее 100000).
4. Все богатые скопления галактик с горячим газом могут быть исследованы по эффекту Сюняева- Зельдовича на любых, (вплоть до эпохи рекомбинации водорода) расстояниях во Вселенной (не менее 10 000)
5. Все далекие объекты инфракрасного и субмм неба с классическими инверсионными спектрами, которые планируется исследовать в космических экспериментах следующего поколения, будут более уверенно регистрироваться в этом эксперименте благодаря положительой К-поправке, в 1000 раз большей площади приема и на несколько порядков меньшим шумом 3К фона и неразрешенных ИК объектов.(не менее 1000000, см пробный эксперимент SCUBA).
6. Все протообразования ионизированного водорода вокруг первых объектов во Вселенной на красных смещениях 6-50 будут видны по комптоновскому рассеянию реликтовых фотонов на движущемся относительно реликта газе.
7. Используя хорошо разработанную методику радио селекции ранних звездных систем и оценки их красных смещений, можно поставить задачу восстановления крупномасштабной структуры Вселенной на красных смещениях 2-4, что пока невозможно другими методами. Эти оценки могут быть определяющими при выборе реальной модели формирования структуры Вселенной.

Предлагаемый экперимент имеет прямое отношение к таким проблемам, как построение Единой Теории всех видов взаимодействий в природе (“TOE”, Theory Of Everything), к проблеме происхождения света и вещества во Вселенной, к выяснению причин , породивших галактики , звезды , цивилизации, само существование которой зависит от параметров Вселенной.  

К Эксперименту будут привлечены не только организации РАН, но и ведущие ВУЗы страны, студенты и аспиранты в рамках уже созданных структур , интегрирующих по указу Президента России интелектуальный потенциал Академии наук и Высшей Школы., а также организации промышленности, связанной с разработкой и внедрением новых технологий в области MMIC технологий и спутниковой связи, матричнах систем в антенной технике.

Необходимость немедленной реализации ПРОЕКТА диктуется уверенностью ведущих научных центров Мира в успехе, наличием в России уникального для этой цели интструмента и творческого коллектива c многолетним стажем работы в этой области, стремительным ростом уровня помех в околоземном пространстве. Быстрая реализация ПРОЕКТА восстановит исторический приоритет России в одном из центральных направлений современного Естествознания.

ПРОЕКТ соответствует требованиям п2. Постановления Правительства Российской Федерации от 7 мая 1997г №538, предусматривающего резервирование средств для поддержания вновь появившися направлений фундаментальной Науки.

Руководитель ПРОЕКТА
Ответственный Ученый по Объекту РАТАН-600
Академик РАН  Парийский Ю.Н.

Проект обсуждался на трех рабочих совещаниях в Европе, на международной конференции по Радиоастрономии в Санкт-Петербурге в 1997г., на Международной конференции КОСМИОН-97 по программе А.Д. Сахарова в Москве, опубликован в трудах Евро-конференции по Космологии и физике элементарных частиц в 1997г, поддержан Советом по радиоастрономии при Президиуме РАН, Президиумом Санкт-Петербургского Отделения Российской Академии Наук, Отделением Общей Физики и Астрономии РАН, Секцией Физико-технических Наук РАН, Президентом РАН и Министерством Науки и Технологий РФ в 1998 г.
 

Создано новое вторичное зеркало (см рис. 1) значительно большего размера (чем штатные для резкого расширения фокального пространства и для снижения потерь на переоблучение. Это позволит эффективнее использовать безабберационное поле РАТАН-600 в режимах матричных радиометров и длительных накоплений сигналов.

Установлены специальные охлаждающие экраны площадью около 8000 кв.м. для защиты от теплового радиоизлучения Земли. Это привело к значительному “охлаждению” радиотелескопа и к снижению вклада Земли до уровня менее вклада Неба в температуру системы во всем рабочем диапазоне волн.

Проведена работа по полной замене проектных радиометрических устройств на НЕМТ- транзисторы с охлаждением их гелиевыми установками замкнутого цикла. В результате создан уникальный многочастотный комплекс с чувствительностью на всех волнах в 10 раз выше, чем на борту специализированного спутника НАСА , “COBE”. Этот комплекс явится основой для отделения низкочастотных фоновых излучений Галактики и остаточных атмосферных шумов от исследуемого реликтового фона Вселенной.

Проведены исследования фоновых излучений Галактики на неизученных ранее масштабах и показана рентабельность перехода от волны 3мм к более простой для наземных экспериментов волне 1см в качестве основной.

Проведены исследования структурной функции мешающего атмосферного излучения и определена граница между космическими и наземными экспериментами в зависимости от угловых размеров исследуемых неоднородностей 3К фона и линейными размерами используемых радиотелескопов. Показано, что наземные эксперименты тождественны по чувствительности космическим при исследовании достаточно малых масштабов (менее 1 град) на достаточно больших инструментах (более 300м).

Построена и отработана математическая модель многочастотного эксперимента по мелкомасштабной анизотропии 3К фона на РАТАН-600 на действующих частотах, показана реальность его и уточнены требования к аппаратуре и методике наблюдений.

Все эти работы выполнялись в рамках бюджетных ассигнований РАН при частичной поддержке РФФИ, программы “Астрономия”, “КОСМИОН”, INTAS.